DE102007037342A1 - Method for producing converter material modules and converter material modules - Google Patents
Method for producing converter material modules and converter material modules Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007037342A1 DE102007037342A1 DE102007037342A DE102007037342A DE102007037342A1 DE 102007037342 A1 DE102007037342 A1 DE 102007037342A1 DE 102007037342 A DE102007037342 A DE 102007037342A DE 102007037342 A DE102007037342 A DE 102007037342A DE 102007037342 A1 DE102007037342 A1 DE 102007037342A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- thermoplastic
- material element
- transducer material
- transducer
- module according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 138
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 71
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 9
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 7
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- 241001295925 Gegenes Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/092—Forming composite materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
- H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wandlerwerkstoff-Modulen (25, 35) und ein Wandlerwerkstoff-Modul (25, 35) nach Patentanmeldung 10 2006 047 411.2, wobei das Wandlerwerkstoff-Modul (25, 35) nach seiner Herstellung mittels Heißpressens einen beidseitig am Wandlerwerkstoff-Element (5) angeformten thermoplastischen Verbund (28, 29) aufweist, der aus der zugehörigen Elektrodierung (19, 20) und aus der verpressten und temperaturabhängig strukturveränderten thermoplastischen, die Elektrodierung (19, 20) enthaltende Trägerfolie (26, 27; 36, 37) besteht, wobei im Verbund (28, 29; 38, 39) die thermoplastische Trägerfolie (26, 27; 36, 37) durch die integrierte Elektrodierung (19, 20) hindurch durchgreifende Fließstege (21, 22) enthält, die mit den planaren Oberflächen (23, 24) des Wandlerwerkstoff-Elements (5) adhäsive Verbindungen eingehen sowie eine direkte Halterung des thermoplastischen Verbundes (28, 29, 38, 39) am Wandlerwerkstoff-Element (5) ausbilden. Die Aufgabe besteht darin, dass sich ausbildende Vorspannungen des Wandlerwerkstoff-Elements in bestimmte Vorzugsrichtungen nutzbar ausgerichtet werden können. Die Lösung besteht darin, dass die für den thermoplastischen Verbund (28, 29; 38, 39) beiderseits des Wandlerwerkstoff-Elements (5) vorgesehene und nach dem Heiß-Pressen in eine als Matrix unveränderte Thermoplastfolie veränderte Trägerfolie (26, 27; 36, 37) mit einer Faserverstärkung (43, 44) versehen ist, die unidirektional oder ...The invention relates to a method for producing converter material modules (25, 35) and a converter material module (25, 35) according to patent application 10 2006 047 411.2, wherein the converter material module (25, 35) after its production by means of hot pressing on both sides on the transducer material element (5) molded thermoplastic composite (28, 29), from the associated electrodeization (19, 20) and from the compressed and temperature-dependent structure changed thermoplastic, the electrodeization (19, 20) containing carrier film (26, 27; 36, 37), wherein in the composite (28, 29, 38, 39) the thermoplastic carrier film (26, 27, 36, 37) passes through the integrated electrodeposition (19, 20) through cross-flow ribs (21, 22), the with the planar surfaces (23, 24) of the transducer material element (5) enter into adhesive connections and form a direct support of the thermoplastic composite (28, 29, 38, 39) on the transducer material element (5). The object is that forming bias voltages of the transducer material element can be aligned in certain preferred directions usable. The solution consists in that the carrier film (26, 27, 36), which is provided for the thermoplastic composite (28, 29, 38, 39) on both sides of the converter material element (5) and after hot-pressing into a thermoplastic film which is unchanged as a matrix, 37) is provided with a fiber reinforcement (43, 44) which is unidirectional or ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wandlerwerkstoff-Modulen und Wandlerwerkstoff-Module gemäß der Patentanmeldung 10 2006 047 411.2.The The invention relates to a method for producing transducer material modules and converter material modules according to the patent application 10 2006 047 411.2.
In
der Patentanmeldung 10 2006 047 411.2 kann das Wandlerwerkstoff-Modul
vor seiner kompakten Herstellung aus einer Schichtfolge von mehreren
planar ausgebildeten Elementen mit einem im zentralen Bereich vorgesehenen
planaren Wandlerwerkstoff-Element und mit beidseitig daran angelegten
Elektrodierungen sowie mit je einer kontaktierenden thermoplastischen
Trägerfolie
bestehen. Das in
Damit
liegt ein flächiges
Wandlerwerkstoff-Modul
Ein Problem besteht darin, dass aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Materialkomponenten es fertigungsbedingt zu Eigenspannungen im Wandlerwerkstoff-Element und somit zu einer undefiniert gerichteten Vorspannung desselben führt.One Problem is that due to different thermal Expansion coefficients of the individual material components due to production to residual stresses in the transducer material element and thus to a undefined biased bias leads the same.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wandlerwerkstoff-Modulen und Wandlerwerkstoff-Module gemäß der Patentanmeldung 10 2006 047 411.2 anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die Vorspan nung des Wandlerwerkstoff-Elements in bestimmte Vorzugsrichtungen nutzbar ausgerichtet werden kann.Of the Invention is based on the object, a process for the preparation of converter material modules and converter material modules according to the patent application 10 2006 047 411.2, which are designed to be suitable that the preload tion of the transducer material element in certain Preferred directions can be aligned usable.
Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Das
Verfahren zur Herstellung von Wandlerwerkstoff-Modulen nach der Patentanmeldung
10 2006 047 41 1.2, wobei zu Beginn eine Schichtfolge aller beteiligten
Elemente mit einem im zentralen Bereich befindlichen Wandlerwerkstoff-Element
und mit beiderseits anliegenden Elektrodierungen und thermoplastischen
Trägerfolien
herbeigeführt
wird,
erfolgt mit folgenden Schritten:
- – beidseitiges Anlegen jeweils einer am Wandlerwerkstoff-Element kontaktierenden planaren Elektrodierung und daran sich anschließenden thermoplastischen planaren Trägerfolie oder jeweils einer kontaktierenden elektrodierten thermoplastischen Trägerfolie am Wandlerwerkstoff-Element innerhalb einer luftdicht abgeschlossenen, wahlweise beheizbaren Unterdruckeinrichtung zu einem Schicht-Funktionsmodul
- – Heizen des Schicht-Funktionsmoduls bis auf eine vorgegebene maximale Temperatur Tkons und Verpressen bis auf einen vorgegebenen maximalen Pressdruck bei gleichzeitiger Unterdruckerzeugung in der Unterdruckeinrichtung,
- – Aufrechterhaltung der drei Parameterwerte – Temperatur, Pressdruck, Unterdruck – auf den jeweils eingestellten maximalen Niveaus für eine vorgegebene Zeitdauer bis die Sollparameter eines Kompakt-Funktionsmoduls erreicht sind, wobei der die Elektrodierungen und die jeweilige aufgeschmolzene thermoplastische Trägerfolie enthaltende Verbund an das Wandlerwerkstoff-Element angeformt werden, wobei nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer
- – eine Verringerung der Temperatur auf eine zweite vorgegebene Temperatur Tpol oder auf die ursprüngliche Ausgangstemperatur T0,
- – eine Verringerung des Unterdrucks,
- – eine Verringerung des Pressdrucks erfolgen, wobei die drei Verringerungsschritte in der angegebenen Reihenfolge zeitbeabstandet durchgeführt werden, und
- – Lösen des Kompakt-Funktionsmoduls als Wandlerwerkstoff-Modul,
takes place with the following steps:
- - Applying on both sides of each one on the transducer material element contacting planar electrodeization and subsequent thermoplastic planar carrier film or each contacting a thermoplastic foil carrier printed on transducer material element within a hermetically sealed, optionally heatable vacuum device to a layer function module
- Heating the layer function module to a predetermined maximum temperature T cons and pressing to a predetermined maximum pressing pressure with simultaneous generation of negative pressure in the vacuum device,
- - Maintaining the three parameter values - temperature, pressure, negative pressure - at the respectively set maximum levels for a predetermined period of time until the setpoint parameters of a compact function module are reached, wherein the compound containing the electrodings and the respective molten thermoplastic support film is integrally formed on the transducer material element being, after expiration of the predetermined period of time
- A reduction of the temperature to a second predetermined temperature T pol or to the original starting temperature T 0 ,
- A reduction of the negative pressure,
- A reduction of the pressing pressure takes place, wherein the three reduction steps are carried out in the stated order with time spacing, and
- - release of the compact function module as transducer material module,
Der Wandlerwerkstoff-Modul nach Patentanmeldung 10 2006 047 411.2 weist nach seiner Herstellung mittels Heißpressens einen beidseitig am Wandlerwerkstoff-Element angeformten thermoplastischen Verbund, bestehend aus der zugehörigen Elektrodierung und aus der verpressten und temperaturabhängig strukturveränderten thermoplastischen, die Elektrodierung enthaltende Trägerfolie auf, wobei im Verbund die thermoplastische Trägerfolie durch die integrierte Elektrodierung hindurch durchgreifende Fließstege enthält, die mit den planaren Oberflächen des Wandlerwerkstoff-Elements adhäsive Verbindungen eingehen sowie eine direkte Halterung des thermoplastischen Verbundes am Wandlerwerkstoff-Element ausbilden, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 2 die für den thermoplastischen Verbund beiderseits des Wandlerwerkstoff-Elements vorgesehene und nach dem Heißpressen in eine als Matrix unveränderte Thermoplastfolie veränderte Trägerfolie mit einer Faserverstärkung versehen ist, die unidirektional oder bidirektional verstärkt ist und somit mit anisotropen richtungsabhängigen Werkstoffkennwerten ausgebildet ist.The converter material module according to patent application 10 2006 047 411.2 has his Her Position by means of hot pressing on both sides of the transducer material element molded thermoplastic composite, consisting of the associated and the compressed and temperature-dependent structure changed thermoplastic, the electrodeization-containing carrier film, wherein in the composite thermoplastic carrier film through the integrated electrodeization thorough cross-flow webs containing form adhesive connections to the planar surfaces of the transducer material element and form a direct support of the thermoplastic composite on the transducer material element, according to the characterizing part of claim 2 which provided for the thermoplastic composite on both sides of the transducer material element and after hot pressing in a matrix unchanged Thermoplastic film modified carrier film is provided with a fiber reinforcement, which is unidirectionally or bidirectionally reinforced and thus with anisotropic r is formed ichtungsabhängigen material properties.
Die anisotropiebedingte/-n Vorzugsrichtung/-en kann/können über den Winkel ϕ1 zwischen einer Faservorzugsrichtung und einem vorgegebenen globalen xyz-Koordinatensystem eingestellt sein.The anisotropy-related / -n preferred direction (s) can / can be set via the angle φ 1 between a fiber bias direction and a predetermined global xyz coordinate system.
Die anisotropiebedingte/-n Vorzugsrichtung/-en kann/können bei einer unidirektionalen Faserverstärkung in den Trägerfolien über einen Winkel ϕ1 zwischen einer Faservorzugsrichtung und einem vorgegebenen globalen xyz-Koordinatensystem eingestellt sein.The anisotropy-related preferential direction (s) may be set at an angle φ 1 between a fiber bias direction and a given global xyz coordinate system for unidirectional fiber reinforcement in the carrier films.
Die unidirektional orientierten Faserverstärkungen bestehen jeweils aus einem Feld parallel zueinander gerichteter Fasern.The unidirectionally oriented fiber reinforcements are made respectively a field of parallel fibers.
Die unidirektional orientierten Fasern in den Trägerfolien können modulrandseitig außermittig und parallel zur Folienschichtmittenebene eingebettet sein, wobei sich die Richtung der Fasern nach der vorgegebenen Vorspannung des Wandlerwerkstoff-Elements richtet. Die unidirektional orientierten Fasern können aber bei ausreichender Schichtdicke der Trägerfolien auch schichtmittig eingebracht sein.The Unidirectionally oriented fibers in the carrier films may be eccentric on the module edge side and be embedded parallel to the film layer center plane, wherein The direction of the fibers according to the predetermined bias of Transformer element aligned. The unidirectionally oriented fibers can but with sufficient layer thickness of the carrier films also in the middle of the layer be introduced.
Die anisotropiebedingte/-n Vorzugsrichtung/-en kann/können bei einer bidirektionalen Faserverstärkung in den Trägerfolien über einen Winkel ϕ1 zwischen einer Faservorzugsrichtung und einem vorgegebenen globalen xyz-Koordinatensystem eingestellt sein.The anisotropy-related preferred direction (s) may be set at a bidirectional fiber gain in the carrier films over an angle φ 1 between a fiber bias direction and a given global xyz coordinate system.
Die bidirektional orientierten Faserverstärkungen können aus einem Netz von sich kreuzenden Feldern aus jeweils parallel zueinander gerichteter Fasern bestehen.The Bidirectionally oriented fiber reinforcements can come from a network of their own intersecting fields of parallel fibers consist.
Die zugehörigen bidirektional orientierten Fasern können in den vor dem Heißpressen noch unveränderten Trägerfolien außermittig und parallel zur Folienschichtmittenebene eingebettet sein, können aber bei ausreichender Schichtdicke der Trägerfolien auch schichtmittig eingebracht sein.The associated Bidirectionally oriented fibers can be used in the before hot pressing still unchanged carrier films eccentrically and embedded parallel to the film layer center plane, but can with sufficient layer thickness of the carrier films also in the middle of the layer be introduced.
Bei den elektrodierten thermoplastischen Trägerfolien, die zur Heißpressung auf das Wandlerwerkstoff-Element vorgesehen sind, kann vorzugsweise ein vorgegebener folieninnerer Abstand zwischen der Elektrodierung und den Faserfeldern oder dem Fasernetz vorhanden sein.at the electroded thermoplastic carrier films used for hot pressing are provided on the transducer material element, may preferably a given foil-internal distance between the electrodeposition and the fiber fields or the fiber network.
Resultierende richtungsabhängige Dehnungen nach dem fertigungsbedingten Heißpressen eines als Thermoplastmatrix ausgebildeten Verbunds können bei der Abkühlung auf Raumtemperatur zur gezielten richtungsabhängigen Vorspannung in Form einer eigenspannungsinduzierten Vorspannung des Wandlerwerkstoff-Elements führen.resulting directional Strains after the production-related hot pressing of a thermoplastic matrix trained composite can during cooling to room temperature for targeted directional bias in the form of a intrinsic voltage induced bias of the transducer material element to lead.
Die Eigenspannungen können die Polarisation des Wandlerwerkstoff-Elements unterstützen. Als Wandlerwerkstoff-Elemente können Piezokeramiken eingesetzt seinThe Residual stresses can support the polarization of the transducer material element. As transducer material elements can Be used piezoceramics
Die Eigenspannungen zur Induzierung von gerichteten Druck-Eigenspannungen können, um die empfindliche Piezokeramik des Wandlerwerkstoff-Elements gegen betriebsbedingte kritische Zugspannungen zu schützen, nutzbar sein.The Residual stresses to induce directional compressive residual stress can, to the sensitive piezoceramic of the transducer material element against to protect operational critical tensile stresses, be usable.
Als Wandlerwerkstoff-Elemente können auch gesponnene PZT-Fasern (Bleizirkoniumtitanat-Fasern) eingesetzt sein, die in paralleler seitenkontaktierender Verbindung zu jeweils einer schichtartigen Anordnung zusammengefügt sind.When Transformer material elements can also spun PZT (lead zirconium titanate) fibers, in parallel side-contacting connection to one each layered arrangement are joined together.
Die PZT-Fasern des Wandlerwerkstoff-Elements können über die anisotropen Trägerfolien in Faserrichtung oder senkrecht zur Faserrichtung vorspannbar sein.The PZT fibers of the transducer material element can via the anisotropic carrier films be prestressed in the fiber direction or perpendicular to the fiber direction.
In beiden Darstellungen des Wandlerwerkstoff-Moduls (unidirektional oder bidirektional) befindet sich das zentral angeordnete Wandlerwerkstoff-Element eingeschlossen zwischen Elektrodenstrukturen und den als Trägerfolie und anschließend als Matrix dienenden Thermoplastfolien. Es besteht die Möglichkeit, die Thermoplastfolien mit der gezielten Faserverstärkung in unidirektionaler bzw. auch bidirektionaler Richtung zu versehen. Die somit entstehende anisotrope thermoplastische Trägerfolie besitzt entgegen isotropen Werkstoffen richtungsabhängige Werkstoffkennwerte, insbesondere in verschiedene Richtungen unterschiedliche thermische Längenaus dehnungskoeffizienten sowie Quellkoeffizienten. Die resultierenden richtungsabhängigen Dehnungen nach dem fertigungsbedingten Heißpressen und Aufschmelzen der Thermoplastmatrix bei der Abkühlung auf Raumtemperatur können zur gezielten richtungsabhängigen Vorspannung in Form einer eigenspannungsinduzierten Vorspannung des Wandlerwerkstoff-Elements bzw. der Wandlerwerkstoff-Elemente, die z. B. als einzelne Piezo-Fasern ausgebildet sind, genutzt werden. Die gezielte Einstellung der Vorzugsrichtung/-en erfolgt dabei jeweils über vorgegebene Winkel ϕ1 zwischen einer Faservorzugsrichtung und dem vorgegebenen globalen xyz-Koordinatensystem des betreffenden Wandlerwerkstoff-Moduls.In both representations of the transducer material module (unidirectional or bidirectional), the centrally arranged transducer material element is enclosed between electrode structures and the thermoplastic films serving as a carrier film and subsequently as a matrix. It is possible to provide the thermoplastic films with the targeted fiber reinforcement in unidirectional or bidirectional direction. The resulting anisotropic thermoplastic carrier film has directional material characteristics, contrary to isotropic materials, in particular different thermal expansion coefficients in different directions and expansion coefficients. The resulting directional strains after the production-related hot Pressing and melting of the thermoplastic matrix in the cooling to room temperature can for targeted directional bias in the form of an intrinsic stress-induced bias of the transducer material element or the transducer material elements, the z. B. are formed as a single piezo fibers used. The specific setting of the preferred direction / -en takes place in each case via predetermined angle φ 1 between a fiber bias direction and the predetermined global xyz coordinate system of the relevant transducer material module.
Die Eigenspannungen können
- a) vorteilhaft zur Unterstützung der Polarisation des Wandlerwerkstoff-Elements in Form des Piezokeramikelements bzw. der Piezokeramikfasern,
- b) zur Induzierung von „gerichteten" Druck-Eigenspannungen, um die empfindliche Piezokeramik gegen betriebsbedingte kritische Zugspannungen zu schützen und
- c) zur Kompensation oder Verstärkung anisotropiebedingter Spannungszustände der Tragstruktur, in welche das Wandlerwerkstoff-Modul integriert wird,
- a) advantageous for supporting the polarization of the transducer material element in the form of the piezoceramic element or the piezoceramic fibers,
- b) to induce "directed" compressive residual stresses to protect the sensitive piezoceramic against operational critical tensile stresses and
- c) for compensating or amplifying anisotropy-related stress states of the support structure into which the converter material module is integrated,
Die besondere Bedeutung des gesteuert vorgespannten Wandlerwerkstoff-Moduls resultiert aus der Fertigung und dem Einsatz von Piezofaser-Verbunden (engl. piezofibre-composites – PFC –). Bei dieser Art des Wandlerwerkstoff-Elements werden gesponnene PZT-Fasern in paralleler nebeneinander kontaktierender und schichtartiger Anordnung als Wandlerwerkstoff-Elemente eingesetzt. Für diese Piezofaser-Verbunde besteht das Ziel, die PZT-Fasern über eine anisotrope Trägerfolie gezielt in Faserrichtung oder senkrecht zur Faserrichtung vorzuspannen, um die bestmöglichen Eigenschaften für das Wandlerwerkstoff-Modul zu erzielen.The special significance of the controlled preloaded converter material module results from the production and the use of piezo fiber composites (English piezofibre-composites - PFC -). At this Type of transducer material element are spun PZT fibers in parallel side by side contacting and layered arrangement used as transducer material elements. For these piezofiber composites exists the goal, the PZT fibers over an anisotropic carrier film selectively bias in the direction of the grain or perpendicular to the grain, to the best possible Properties for to achieve the converter material module.
Eine anisotrope Vorspannung der Wandlerwerkstoff-Elemente ist zur gezielten Verstärkung oder Abminderung der in einem anisotropen Verbundwerkstoff vorhandenen fertigungs- und betriebsbedingten Eigenspannungen vorteilhaft.A anisotropic bias of the transducer material elements is targeted Reinforcement or Reduction of existing in an anisotropic composite production and operational residual stresses advantageous.
Die
Eigenspannungen können
sowohl prozessseitig über
Prozesstemperatur, -druck, -zeit als auch werkstoffseitig durch
eine vorgegebene Auslegung der anisotropen Trägerfolie, wobei sich die Auslegung
auf eine Variation der Verstärkungsart
und -richtung bezieht, hinsichtlich der richtungsabhängigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
in x- und y-Richtung gemäß
Die
Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen mittels Zeichnungen
näher erläutert:
Es
zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments by means of drawings:
Show it:
zeigen,
demonstrate,
zeigen.
demonstrate.
Im
Folgenden werden die
In
Erfindungsgemäß ist, wie
in den
Die
anisotrope/-n Vorzugsrichtung/-en ist/sind bei der unidirektionalen
Faserverstärkung
Im
Folgenden werden die
In
Erfindungsgemäß ist, wie
in den
Die
anisotropiebedingte/-n Vorzugsrichtung/-en ist/sind bei der bidirektionalen
Faserverstärkung
Resultierende
richtungsabhängige
Dehnungen können
nach dem fertigungsbedingten Heißpressen eines als Thermoplastmatrix
ausgebildeten Verbunds
Die
Eigenspannungen können
die Polarisation des Wandlerwerkstoff-Elementes
Die
Eigenspannungen können
auch zur Induzierung von gerichteten Druck-Eigenspannungen, um die empfindliche
Piezokeramik des Wandlerwerkstoff-Elementes
Als
Wandlerwerkstoff-Elemente
Die
PZT-Fasern
Das
Verfahren zur Herstellung der vordem angegebenen Wandlerwerkstoff-Module
erfolgt
mit folgenden Schritten:
- – beidseitiges Anlegen jeweils
einer am Wandlerwerkstoff-Element
5 kontaktierenden planaren Elektrodierung19 ,20 und daran sich anschließenden thermoplastischen planaren Trägerfolie26 ,27 ;36 ,37 oder jeweils einer kontaktierenden elektrodierten thermoplastischen Trägerfolie (nicht in Fig. eingezeichnet) am Wandlerwerkstoff-Element5 innerhalb einer luftdicht abgeschlossenen, wahlweise beheizbaren Unterdruckeinrichtung zu einem Schicht-Funktionsmodujeweils, - – Heizen des Schicht-Funktionsmoduls bis auf eine vorgegebene maximale Temperatur Tkons und Verpressen bis auf einen vorgegebenen maximalen Pressdruck bei gleichzeitiger Unterdruckerzeugung in der Unterdruckeinrichtung,
- – Aufrechterhaltung
der drei Parameterwerte – Temperatur,
Pressdruck, Unterdruck – auf
den jeweils eingestellten maximalen Niveaus für eine vorgegebene Zeitdauer
bis die Sollparameter eines Kompakt-Funktionsmoduls
25 ,35 erreicht sind, wobei der die Elektrodierungen19 ,20 und die jeweilige aufgeschmolzene thermoplastische Trägerfolie26 ,27 ;36 ,37 enthaltende Verbund28 ,29 ;38 ,39 an das Wandlerwerkstoff-Element5 angeformt werden, wobei nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer - – eine Verringerung der Temperatur auf eine zweite vorgegebene Temperatur Tpol oder auf die ursprüngliche Ausgangstemperatur T0,
- – eine Verringerung des Unterdrucks,
- – eine Verringerung des Pressdrucks erfolgen, wobei die drei Verringerungsschritte in der angegebenen Reihenfolge zeitbeabstandet durchgeführt werden, und
- – Lösen des
Kompakt-Funktionsmoduls
25 ,35 als Wandlerwerkstoff-Modul,
takes place with the following steps:
- - Two-sided application of one at the transducer material element
5 contacting planar electrodeposition19 .20 and subsequent thermoplastic planar support film26 .27 ;36 .37 or in each case a contacting electrodated thermoplastic carrier film (not shown in FIG.) on the transducer material element5 within a hermetically sealed, optionally heatable vacuum device to a Schicht-Funktionsmodujeweils, - Heating the layer function module to a predetermined maximum temperature T cons and pressing to a predetermined maximum pressing pressure with simultaneous generation of negative pressure in the vacuum device,
- - Maintaining the three parameter values - temperature, pressure, negative pressure - at the set maximum levels for a given period until the setpoint parameters of a compact function module
25 .35 are reached, wherein the Elektrodierungen19 .20 and the respective molten thermoplastic carrier film26 .27 ;36 .37 containing composite28 .29 ;38 .39 to the transducer material element5 be formed, wherein after the predetermined period of time - A reduction of the temperature to a second predetermined temperature T pol or to the original starting temperature T 0 ,
- A reduction of the negative pressure,
- A reduction of the pressing pressure takes place, wherein the three reduction steps are carried out in the stated order with time spacing, and
- - Release the compact function module
25 .35 as converter material module,
Erfindungsgemäß wird für den jeweiligen thermoplastischen
Verbund
Mit
der anisotropen Vorspannung des Wandlerwerkstoff-Elements
Die
Eigenspannungen lassen sich dabei sowohl prozessseitig über Prozesstemperatur,
-druck, -zeit als auch werkstoffseitig durch eine vorgegebene Auslegung
der anisotropen Trägerfolie
Die
Erfindung zur vorgegeben gerichteten Beeinflussung von Vorspannungen
ermöglicht
es, dass ein richtungsabhängig
vorgespanntes Wandlerwerkstoff-Modul
- 55
- Wandlerwerkstoff-ElementConverter material element
- 1515
- Wandlerwerkstoff-ModulConverter material module
- 1616
- Verbundcomposite
- 1717
- isotrope Trägerfolieisotropic support film
- 1818
- isotrope Trägerfolieisotropic support film
- 1919
- erste Elektrodierungfirst Elektrodierung
- 2020
- zweite Elektrodierungsecond Elektrodierung
- 2121
- erster Fließstegfirst floating dock
- 2222
- zweiter Fließstegsecond floating dock
- 2323
- erste Oberflächefirst surface
- 2424
- zweite Oberflächesecond surface
- 2525
- Wandlerwerkstoff-ModulConverter material module
- 2626
- anisotrope Trägerfolieanisotropic support film
- 2727
- anisotrope Trägerfolieanisotropic support film
- 2828
- Verbundcomposite
- 2929
- Verbundcomposite
- 3030
- Faserfiber
- 3535
- Wandlerwerkstoff-ModulConverter material module
- 3636
- anisotrope Trägerfolieanisotropic support film
- 3737
- anisotrope Trägerfolieanisotropic support film
- 3838
- Verbundcomposite
- 3939
- Verbundcomposite
- 4040
- Faserfiber
- 4141
- Faserfiber
- 4242
- PZT-FaserPZT fiber
- 4343
- unidirektionale Faserverstärkungunidirectional fiber reinforcement
- 4444
- bidirektionale Faserverstärkungbidirectional fiber reinforcement
- ϕ1 φ 1
- Winkel der Faserrichtungangle the fiber direction
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007037342A DE102007037342A1 (en) | 2006-09-29 | 2007-08-01 | Method for producing converter material modules and converter material modules |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006047411A DE102006047411A1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Transducer material module e.g. thermoplastic piezo-ceramic module, manufacturing method for e.g. vehicle construction, involves disconnecting function module for component as thermo-plastic composite compatible transducer material module |
DE102007037342A DE102007037342A1 (en) | 2006-09-29 | 2007-08-01 | Method for producing converter material modules and converter material modules |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007037342A1 true DE102007037342A1 (en) | 2009-02-05 |
Family
ID=39134513
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006047411A Ceased DE102006047411A1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Transducer material module e.g. thermoplastic piezo-ceramic module, manufacturing method for e.g. vehicle construction, involves disconnecting function module for component as thermo-plastic composite compatible transducer material module |
DE102007037342A Withdrawn DE102007037342A1 (en) | 2006-09-29 | 2007-08-01 | Method for producing converter material modules and converter material modules |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006047411A Ceased DE102006047411A1 (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Transducer material module e.g. thermoplastic piezo-ceramic module, manufacturing method for e.g. vehicle construction, involves disconnecting function module for component as thermo-plastic composite compatible transducer material module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE102006047411A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010051260A1 (en) | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Technische Universität Dresden | Method for producing three-dimensionally drapable thermoplastic semi-finished functional element for integration into fiber thermoplastic composite, involves enabling contact melting of films, and consolidating functional element network |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007048016A1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Festo Ag & Co. Kg | Method for manufacturing piezoelectric bending converter, involves laminating bending converter layer and piezoelectric layer in piezoelectric laminate at laminating temperature |
DE102011010313A1 (en) | 2010-02-03 | 2011-12-15 | Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh | Arrangement for creation of sensor-actuator element in adaptive component structures, has sensory actuator element whose functional components are activated by adaptive component structure |
DE102016011721A1 (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Ralph Funck | Process for producing thin-walled coatings on tubular fiber composite materials |
LU100594B1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-28 | Luxembourg Inst Science & Tech List | Piezoelectric device with a sensor and method for measuring the behaviour of said peizoelectric device |
DE102018008458A1 (en) | 2018-10-29 | 2020-04-30 | Ralph Funck | Process for producing a thin-walled, tubular fiber-plastic composite (FKV) with an inner coating of thermoplastic |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2423922A (en) * | 1943-01-11 | 1947-07-15 | Brush Dev Co | Piezoelectric transducer |
DE10291136B4 (en) * | 2001-03-16 | 2008-01-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Process for the production of adaptronic microsystems |
ATE394799T1 (en) * | 2001-05-11 | 2008-05-15 | Caterpillar Inc | METHOD FOR PRODUCING A FLAT MULTI-LAYER BENDING TRANSDUCER AND CORRESPONDING BENDING TRANSDUCER |
DE20202297U1 (en) * | 2001-09-07 | 2002-08-29 | Drei-S-Werk Präzisionswerkzeuge GmbH & Co Fertigungs-KG, 91126 Schwabach | Flat actuator or sensor with internal preload |
-
2006
- 2006-09-29 DE DE102006047411A patent/DE102006047411A1/en not_active Ceased
-
2007
- 2007-08-01 DE DE102007037342A patent/DE102007037342A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010051260A1 (en) | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Technische Universität Dresden | Method for producing three-dimensionally drapable thermoplastic semi-finished functional element for integration into fiber thermoplastic composite, involves enabling contact melting of films, and consolidating functional element network |
DE102010051260B4 (en) | 2010-11-09 | 2019-05-09 | Technische Universität Dresden | Process for the production of three-dimensionally drapeable thermoplastic functional element semifinished products for integration in fiber-thermoplastic composites |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102006047411A1 (en) | 2008-04-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007037342A1 (en) | Method for producing converter material modules and converter material modules | |
EP2382656B1 (en) | Method for separating a layer system comprising a wafer | |
EP2126511B1 (en) | Optical strain gauge | |
EP1186730A1 (en) | Reinforcement element for load-carrying or load-transferring structural parts and method for fixing said reinforcement element to the surface of a structural part | |
WO1999038211A1 (en) | Microsystem and method for the production thereof | |
DE112018005935T5 (en) | Piezoelectric component and method for producing a piezoelectric component | |
EP2071246A2 (en) | Decoupling layer | |
DE102018129384A1 (en) | Fiber composite material | |
DE102017121405A1 (en) | Apparatus and method for investigating fracture behavior | |
EP1792527B1 (en) | Device and method for influencing vibration of a planar element | |
DE60313552T2 (en) | Method for producing a strain gauge sensor | |
DE20202297U1 (en) | Flat actuator or sensor with internal preload | |
EP1263060B1 (en) | Manufacturing method for a flat multilayer bending transducer and corresponding bending transducer | |
Winn et al. | An investigation into the accuracy of a one-parameter nonlinear model for unidirectional composites | |
EP0376880A2 (en) | Multi-layered structure, process for stiffening flat articles, and stiffened flat articles | |
DE19631026A1 (en) | Device for deforming a support structure using electrical or magnetic effects | |
DE10106057C2 (en) | Piezoceramic plate and method of making the same | |
DE10206977B4 (en) | Method for producing a multilayer component and subsequently manufactured component | |
DE102012204853A1 (en) | Method for producing a thin film on a substrate | |
AT409550B (en) | Piezoelectric device used as a piezoelectric sensor or ultrasound converter has an adapting element arranged between the piezoelectric element and the support element | |
EP3345229B1 (en) | Arrangement and method for influencing and/or detecting a dynamic or static property of a support structure | |
EP2148778A1 (en) | Panel comprising media-conducting lines and method for the production thereof | |
EP3812739B1 (en) | Method of forming a thermally insulating sandwich construction and climatic chamber | |
DE102017120913A1 (en) | Plate-shaped component with vapor diffusion brake or vapor diffusion barrier | |
EP2169687A1 (en) | Device for shielding a surface area with a barrier layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AF | Is addition to no. |
Ref document number: 102006047411 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R140 | Application of addition now independent |
Effective date: 20120823 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAUSCHENBACH PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFTSGESE, DE Representative=s name: PATENTANWAELTE RAUSCHENBACH, DE Representative=s name: RAUSCHENBACH PATENTANWAELTE GBR, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |